52 Методы испытаний с использованием заряженных частиц одной моноэнергии
Требования технического задания по радиационной стойкости к РЭА ЕСА, функционирующей на заданной орбите, установленные в виде потоков электронов Фс и протонов Фр и их энергетических спектров, пересчитывают в поглощенные дозы этих излучений в процессах ионизации DCH<1H, и структурных повреждений Г)рср как произведения удельных поглощенных лоз за типовыми защитами 0,1; 0,5;1,0 и 3,0 г/см2. приведенных в ГОСТ РВ 20,57,308, на указанные потоки. По этим результатам для заданной орбиты КА строят графические зависимости поглощенных доз электронного и протонного излучений КП в процессах ионизации и структурных повреждений от толщины защиты Ьчфф, гем3, отсчет которой ведется от внешней поверхности КЛ. В случаях, когда в ТЗ ыа разработку аппаратуры установлены энергетические спектры электронов и протонов, отличные от типовых, значения удельныхпоглощенных доз рассчитываются по методике, изложенной в ГОСТ РВ 20.57.308.
Определяют толщины защиты блоков ЕЭфф6л и толщины защиты узлов Еф/-1 в их составе:
г &л _ Т корп.КА , ж РЭА -2 /г
Ыэфф T I . ,фф , I СМ , (^3.4^)
т № _ т б-'1 _i_ I МОН Г ✓£ с
-Гзфф Ыифф + С5фф , ГСМ ,
где Ьзфф^н-КА - толщина защиты корпуса КА, гем'2;
ЬэффРЭА - толщина защиты рассматриваемого блока в составе РЭА, гем'2;
Сэфф - толщина защиты узла в составе блока, гем .
По графикам, построенным в соответствии с п 5.2.1, определяют поглощенные дозы в процессах [тонизации и структурных повреждений на поверхности блоков и узлов. Указанные поглощенные дозы принимают в качестве требований к блокам н узлам РЭА и обозначают как г. ион лои.йл. у-. стр.Обз чіл і-. .шн.и;' т-> стр.уэ.т
1-А(р)тр і І-’е(]фр і ^сіртгр ' і ^с(р)ц)
На основе анализа данных о радиационной стойкости ЭРИ и данных о суммарных дог лощенных дозах Еіа поверхности блоков и узлов определяют критичные к воздействию ИИ КП узлы и блоки.
Рассчитывают коэффициенты ослабления ИИ КП в местах расположения в блоках РЭА критичных ЭРИ (имеющих наименьший коэффициент запаса по радиационной стойкости) как отношение поглощенных ЭРИ в составе критичного узла в ионизационных и структурных процессах доз излучений (DE(p/PM) к поглощенной дозе на поверхности блока (Dc(pb.p'’A)H "Э , т.е.и ■’Л’И_-ПЭРИ/1-, ПОЛ.6Л. /с a
Кі:н-:1 - Dc(p) /L»c(p) • (5.0)
При этом поглощенную дозу Ое(Р?Ри определяют по графикам, построенным в соответствии с п.5.2.1, при толщине защиты, равной сумме толщины защиты корпуса КА, рассматриваемого блока в составе РЭА, корпуса блока и толщины защиты ЭРИ л составе блока, а Ве^пм’Бл’ - суммарной толщине защиты корпуса КА и блока в составе РЭА.
Определяют уровни стойкости узлов в составе блоков РЭА как Пуі= ПэріўКосл3111 (5.7)
і де О’1РИ - уровень стойкости критичною ЭРИ рассматриваемого узла РЭА, рад.
Узлы РЭА, не имеющие требуемого запаса по радиационной стойкости, подлежат испытаниям па ускорителях электронов и протонов как наименее стойкие.
Для проведения испытаний наименее стойких узлов в составе блоков РЭА вычисляют энергию электронов Ес и протонов Ер моделирующих установок по соотношениям, установленным в ГОСТ РВ 20.57,308
ь.> iri[L'sM6’T"J.MjB, (5.8)
Е|; > 50[ Щ**1’ ]*”7, МэВ, (5.9)
где
1 - і-фф " С pfiji, г см ,
L - линейный размер блока в выделенном направлении, см;
Для проведения испытаний отделыгых наименее стойких узлов вне блоков могут быть использованы те же энергии электронов и протонов, что и при их испытаниях в составе блоков, но r случае необходимости зги энергии могут быть и снижены. При этом выбор энергии электронов и протонов осуществляют в соответствии с описанным порядком.
Вычисляют лоток протонов Фр с энергией частиц Ер, который создает в наименее стойком узле дозу, поглощенную в процессах структурных повреждений, равную DpTpCT1’ п°в°д
Фр = Dp У” ™-6"7&р"г, част.'см'2 (5.10)
г ле 4/сг - удельная поглощенная доза в процессах структурных повреждений от воздействия протонов с энергией Ер , см'рад/част. (см, ГОСТ РВ 20.57.308),
Рассчитывают дозу, поглощенную в ионизационных процессах при воздействии на наименее стойкий узел протонов с энергией Ер и потоком Фр, вычисленным в 5.2.8.
Dp - Фп- V11', рад п.и)
Где 'ЗрИ'-11 - удельная поглощенная доза п процессах ионизации от воздействия протонов с энергией Ер, см'рад/част. (см. ГОСТ РВ 20.57.308).
Определяют поток электронов Фс с энергией Ес, который создает в наименее стойком узле необходимую дозу, поглощенную в процессах ионизации DФг = DH0W'M<; част, см’2, (5.12)
где оИ0И = ОеігИ0,1-П0жбяч-(Орл)иян-,,0в-бл -Dp4DV
5/°" - удельная доза, поглощенная в ионизационных процессах от воздействия электронов с энергией Ее, смград/част. (см, ГОСТ РВ 20.57.308).
Зависимости от энергии удельных поглощенных доз электронов и протонов в ионизационных и структурных процессах приведены в приложении В
Вычисляют нормы испытаний наименее стойких узлов на воздействие электронов Ф£ни и протонов ФРІІИ
Ф™-ФЛ 1-М, (5.13)
Ф„|1И = ФД1 - 5р), (5.14),
где 8С и 5|( - погрешности дозиметрии потоков электронов с энергией Ef И протонов с энергией Ер.
Проводят испытание наименее стойких узлов в составе блоков РЭ А или отдел!, но путем последовательного облучения потоками электронов <1ни с энергией Eqh протонов ФрНИ с энергией Ер
Примечание - При испытаниях отдельных наименее стойких узлов рекомендуется их соединять с блоками, расположенными вне зоны облучения, и проводитъ контроль работоспособности блока в целом, а не испытываемого наименее стойкого узла.
Дозиметрию при испытаниях узлов в составе блоков и отдельных узлов осуществляют соответственно в местахрасположения наименее стойких узлов или критичных ЭРИ.
Блок РЭ А (отдельные узлы аппаратуры) считаются выдержавшими испытания, если параметры блока (отдельных узлов) находятся в пределах допустимых норм и их работоспособность подтверждена в процессе контроля функционирования.
6 Mei оды испытании РЭА на установках гамма - и нейтронного излучений
Каждый блок (наименее стойкий узел), стойкость которого к воздействию ИИ КП должна быть подтверждена экспериментально, испытывают последовательно на воздействие сначала гамма-излучения, а затем - нейтронного излучения. В качестве источников излучения рекомендуется использовать статическую гамма-установку и импульсный ЯР.
Требования технического задания (технических условий) к подлежащим испытаниям блокам и узлам РЭА представляют в виде поглощенных доз электронного и протонного излучений КП н процессах ионизации DcГі, , Ц, |;Л" и структурных повреждений Dc ,||'"т , DpГ||ар.
Если требования в ТЗ. ТУ установлены в соответствии с ГОСТ РВ 20.39.305, то указанные лозы определяют как
5Г". Ойтр^ = Фстг’б/'р. (6.1)
Е>Г1|1и'-': - ФР.|р V" : DPTptrp - Фртр VP - «’-2)где 5енґ)іі, 6pmrt, S/* -удельные поглощенные дозы для заданных потоков и спектров излучений (для типовых спектров по ГОСТ РВ 20.39.305 приведены в приложении Г).
В том случае, когда реальные условия эксплуатации блоков и узлов РЭА определяют расчетным путем, указанные поглощенные дозы определяют в соответствии с 5.2.1 - 5.2.3.
Определяют требуемый ПОТОК нейтронов ЯР Фп тр, который в испытываемых блоках и узлах РЭА создает поглощенную дозу, равную DpTpcrr + DeirCTp, т.е.
Ф. тр = (ЦчТ + й Л 6щ."р, нейтрсм'2, (6.3)
где 5j[[>crp - удельная поглощенная доза нейтронов данною ЯР в процессах структурных повреждений, равная 3,1 10'1[ рад нейтр’1 см2 для типовых моделирующих установок.
Испытания на воздействие нейтронов проводят в тех случаях, когда стойкость ЭРИ определяется структурными эффектами.
Определяют поглощенную дозу от сопутствующего потоку нейтронов Фп тр гамма-излучения D/™ ЯР и ионизирующего действия нейтронов Dn
Поглощенную дозу в процессах ионизации от сопутствующего гамма- излучения определяют по соотношению
D/Pii - ОД™ - (6.4)
где 5УИОН - удельная (на 1 Рентген) поглощенная в ионизационных процессах доза гамма-излучения ЯР, равная 0,SS рад/Р (по кремнию - Si);
Dy - экспозиционная доза гамма-излучения, сопутствующая потоку нейтронов ЯР Фптр, информация о которой представляется предприятием держателем данного ЯР.
Поглощенную дозу от ионизирующего действия нейтронов ЯРопределяют как
ЦГ^Фатр (6.5)
где 8ПИОІІ - удельная поглощенная доза от ионизирующего действия нейтронов данного ЯР. равная 3,98 10IJ раднейтр1 см1 для типовых моделирующих установок.
Рассчитывают требуемую экспозиционную дозу гамма- излучения
DTTP. - + Ор Гр"°" - D™' - Ц )/5Г’, (6.6)
Определяют нормы испытаний блоков и узлов РЭА по дозе гамма - излучения (на статической гамма- установке) и потоку нейтронов (на ЯР)
Г),|,и = Огт./(1(6.7)
<1>пНИ = Ф„ 1 - 6„) ■ (6.8)
где бу , 5П - погрешности дозиметрии гамма-излучения и нейтронов на данных моделирующих установках.
Требования к процедуре проведения испытаний должны соответствовать требованиям, установленным в ГОСТ РВ 20.57.308 для испытаний на воздействие гамма- и нейтронного излучений по необратимым параметрическим эффектам. При облучении па реакторах мощность дозы сопутствующего гамма- излучения не должна превышать 10й Ис1.
При необходимости учет неравномерности поглощения энергии ИИ КП по глубине РЭА (защите) осуществляют в соответствии с 5.2
Блок считается выдержавшим испытания на воздействие протонного и электронного излучений K1L если не было отказов при
испытаниях на гамма- и нейтронное излучения моделирующих установок.
7 Методы оценки стойкости РЭ А с учетом особенностей длительного действия низкоинтенсивных излучений
Расчетный метод
Выделяют группы ЭРИ, уровень стойкости которых уменьшается с уменьшением интенсивности излучений. К этим изделиям, как правило, относятся интегральные схемы, и - канальные МОП транзисторы и биполярные транзисторы.
Проводят оценку стойкости выделенных в 7.1.1 ЭРИ при интенсивностях излучений, соответствующих реальным условиям их эксплуатации в составе бортовой РЭ А КА, по формуле:
D = D PR /Рп (7 П
где Dih<: - уровень стойкости изделия при мощности поглощенной дозы ИИ КП (электронов, протонов), соответствующей условиям эксплуатации, рад;
D, - уровень стойкости изделия в соответствии с техническими условиями ('ГУ) или официальными справочными данными по радиационной стойкости, рад;
о - коэффициент аппроксимации зависимости уровня стойкости изделий от мощности дозы излучения, значения которого для опенки стойкости изделий при действии низкоинтспсивных ИИ КП установлены в [4] (табл, 7,1)
Рцсл - мощность поглощенной дозы ИИ КП, при которой проводились испытания изделий по ТУ (в справочных данных), раде'1 ;
Р}ИС - средняя мощность поглощенной дозы ИИ К ГТ, соответствующая реальным условиям эксплуатации изделий, раде'1, определяемая как
/ІГАС (7-2),
где 1<ас - время активного существования КА.
В случае, если испытания ЭРИ на соответствие ТУ проводились ио методикам, учитывающим фактор низкой интенсивности ИИ КП. то
D,KC-Dry
Таблица 7.1 Значения коэффициента аппроксимации п
|
Группа ЭРИ |
МОП ИС, и - МОП транзисторы |
Биполярные ИС, биполярные транзисторы |
|
Значение коэффициента п |
од |
0,26 |
Примечания
I,Оценка стойкости изделий, выполненная с использованием формулы (7,1) и данных таблицы 7.1, является консервативной, т.и, исключает ошибки, связанные с признанием нестойких изделий стойкими, но вместе с тем, занижает уровень стойкости радиационно-стойких изделий.
2,Для ЭРИ биполярной технологии значение мощности дозы Р.жс принимается равным Іране'1, если по результатам расчета по формуле (7.2) ее величина окажется меньше Ірад’с’1.
7.13 Проверяют выполнение условия
Оту > Kjan D1KC, (7-3)
где Км,, - коэффициент запаса по радиационной стойкости аппаратуры, при котором допускается испытания аппаратуры на радиационную с тонкость не проводить.
Составные части аппаратуры (блоки, узлы), в которых все комплектующие ЭРИ удовлетворяют условию (7.3), считаются стойкими (удовлетворяют требованиям по стойкости), в том числе с учетом особенностей действия длительных низкоинтенсивных излучений, и не требуют проведения испытаний. Составные части, в которых не все комплектующие ЭРИ удовлетворяют условию (7.3), подлежат испытаниям на соответствие требованиям по стойкости к воздействию ИИ КП в соответствии с методикой, изложенной в 7.2.
